2.4.1. Расчет внутригодового распределения стока

Наиболее правильным с генетической точки зрения методом расчета внутригодового распределения стока является метод водного баланса. При этом уравнение водного баланса необходимо решить относительно стока (W) для каждого месяца или сезона года:

W =X – E±U, (2.27 )

где X – осадки;

Е – суммарное испарение;

U – аккумуляционный член, включающий в себя накопление и стаивание снега и льда, накопление и расходование почвенных и грунтовых вод и изменение запасов воды в поверхностных водоемах (в русле и пойме) и на поверхности водосбора.

При рассмотрении внутригодового распределения стока аккумуляционный член играет значительную роль, в некоторых случаях большую, чем составляющие X и Е,

Определение суммарного испарения Е представляет большие трудности ввиду того, что еще очень слабо развиты необходимые для этого сетевые наблюдения за запасами влаги в почве, в грунтовых водах и др.

Поэтому метод водного баланса, несмотря на полную его теоретическую ясность, в расчетах внутригодового режима стока пока не получил широкого применения. В настоящее время более развиты способы расчета внутригодового распределения стока, основанные на изучении его закономерностей и применении методов математической статистики.

Метод компоновки. Расчет внутригодового распределения стока по методу компоновки делится на 2 части:

- межсезонное распределение, имеющее наиболее важное значение и рассчитываемое более точно;

- внутрисезонное распределение (по месяцам или декадам), устанавливающиеся более приближенно, с некоторой схематизацией.

Такое деление вызывается тем, что распределение стока внутри какого-либо гидрологического сезона зависит от его водности, а не от водности года. Например, равномерное распределение стока летом и осенью соответствует низкой водности, так как в этом случае сток в основном определяется устойчивым грунтовым питанием, и, наоборот, неравномерное распределение соответствует большой водности сезона, обусловливаемой дождевыми паводками.

Для исследований и расчета межсезонного распределения стока целесообразно делить год на 2 основных периода: многоводный и маловодный. Выделение периодов зависит от типа распределения стока в году. Для практических задач проектирования с целью большей детализации межсезонного распределения, один из периодов (чаще маловодный) делят, в свою очередь, на 2 сезона. Всего в году должно быть не более 3 сезонов. В зависимости от типа внутригодового распределения стока и целей водопотребления один из периодов принимается лимитирующим.

Лимитирующий – это критический период в отношении использования стока, т.е. период, в котором создаются неблагоприятные условия работы водохозяйственной установки. Внутри лимитирующего периода может быть выделен лимитирующий сезон. При использовании стока рек с весенним половодьем для орошения лимитирующим сезоном будет летне-осенний.

В соответствии с делением года на сезоны расчет внутригодового распределения стока ведут не по календарным годам, а по водохозяйственным, которые начинаются с многоводного периода. Сроки сезонов назначают едиными для всех лет ряда с округлением их до целого месяца.

Внутрисезонное распределение стока зависит от водности сезона. Поэтому расчет внутрисезонного распределения следует вести отдельно для различных групп водности. Практически достаточно принять 3 градации водности: многоводную, к которой относится сток с обеспеченностью Р < 33%, среднюю – с обеспеченностью от 33 до 66% и маловодную – с обеспеченностью Р > 66%.

Полученное таким образом распределение стока в году является расчетным и не содержит в себе индивидуальных особенностей, свойственных отдельным реальным годам.

Метод компоновки рекомендуется применять для расчета внутригодового распределения стока при наличии данных наблюдений не меньше чем за 10 лет при условии, что в этот период входят маловодные, многоводные и средние по водности годы.

Метод реального года. Сущность данного метода состоит в том, что из числа фактических гидрографов в качестве расчетного выбирается тот, у которого обеспеченность годового стока, лимитирующего периода и сезона близки к расчетной обеспеченности.

Если необходимо отобрать маловодный год, т.е. если расчетная обеспеченность имеет значение, например, 75 или 95%, анализируются только маловодные годы с обеспеченностью от 67 до 100% (последняя треть убывающего ряда расходов).

Выбрать расчетный гидрограф по способу реального года можно обоснованно только при большом числе наблюдений – порядка 20 лет и более. При меньшем периоде наблюдений относительная водность года и сезона (обеспеченность) не может быть достаточно надежно установлена. Так, при коротком ряде наблюдений может оказаться, что все имеющиеся годы наблюдений – маловодные и из их числа нельзя выбрать ни среднего, ни многоводного года, а только маловодный год.

При регулировании речного стока, применяемом при расчетах в мелиорации и водохозяйственном водоснабжении, для вычислений требуются маловодные годы расчетной обеспеченностью 75-95%.

При отсутствии или недостаточности гидрометрических наблюдений расчет внутригодового распределения стока ведут по методу гидрологической аналогии с использованием рек-аналогов.

При отсутствии надежных аналогов внутригодовое распределение стока рассчитывают по региональным эмпирическим зависимостям статистических параметров сезонного стока от определяющих его факторов (площади водосбора, его средней высоты, характера почв (грунтов), озерности, заболоченности и др.)